基于声辐射控制的驾驶室内声场优化

针对板结构的声辐射控制,在小振幅简谐振动情况下,以声辐射模态、直接边界元理论为基础,分析得出结构表面法向振速幅值是影响板结构声辐射功率和辐射声压的主要因素.以某挖掘机驾驶室为例,建立考虑座椅的驾驶室声学边界元模型,通过对板件声功率贡献分析,确定驾驶员右耳处主要峰值频率下声功率贡献突出的板件区域.针对声功率贡献突出的板件,以各板件表面法向振速均方根值的加权值最小为目标函数,建立优化数学模型,进行声场优化.结果表明,多个目标频率下声压响应峰值都有显著的下降.因此,采用所提出的优化方法可有效地控制驾驶室内辐射声场,具有显著的降噪效果.     

无阻尼高速列车板结构声辐射特性研究

基于有限元方法结合声学分析软件Virtual.Lab Acoustic建立高速列车铝型材外地板加筋板结构分析模型,完成了外地板结构模态振动特性和板结构声辐射特性分析。重点研究无阻尼条件下边界条件、面板厚度和激励位置对外地板结构模态振动特性和声辐射特性的影响。研究结果表明:板结构加筋后其刚性显著增强;外地板结构边界条件变化对板结构振动声辐射特性影响较小,后续计算采取两端面简支约束;面板厚度增加,刚性增强,使结构截止频率向高频移动,使得外地板结构声辐射能力减弱;激励位置远离板结构中心时,也能够有效减弱外地板结构声辐射能力,可考虑实行区域化划分安装。     

基于声辐射模态的板加筋位置优化

为了降低筋板结构振动辐射噪声,提出了两种加筋位置优化模型。一种采用遗传算法直接搜索辐射声功率最小时的加筋分布;另一种取声辐射模态的辐射效率作为优化各阶声功率的加筋数权重,然后采用遗传算法逐阶搜索声辐射模态的声功率最小时的加筋分布。对一典型板结构,使用这两种优化模型进行加筋位置优化的数值计算。计算结果表明了两种优化模型的有效性;并分析了加筋位置对各阶声辐射模态的声功率的影响。在加筋位置优化的基础上,采用声功率灵敏度进一步优化了筋的结构参数。     

水下结构声主动控制压电传感器/作动器布置研究

研究了板水下声辐射主动控制时压电传感器/作动器的布置问题.基于声振耦合理论,在低于临界频率情况下对结构模态和声极子的相互关系做了深入的分析,建立了板波数和辐射声功率间的关系,并据此提出了模态抑制和模态重组方法相结合的压电片布置方案.结合有限元/边界元数值计算方法,对所提出的压电片布置方案进行了结构辐射声功率控制的定量计算.与应变理论和角落单极子理论相比,基于声振耦合理论的压电片布置方案在高频段给出了更好的辐射声功率控制效果,同时所需要的控制作动电压相对大幅下降.     

辐射板对磁致伸缩换能器输出特性的影响

辐射板作为磁致伸缩换能器的最终输出元件,它所选用的材料、尺寸、形状将直接影响换能器的工作特性。本文在换能器工作原理的基础上,通过有限元软件ATILA模拟仿真在相同激励力、边界条件下,不同材料、尺寸、形状的辐射板对磁致伸缩换能器输出特性(频率、振动幅值、声压幅值)的影响。结果表明:硬铝材料辐射板出现活塞振型时振幅最大;增加辐射板直径D可有效增加辐射板振动幅值,同时增加辐射板辐射声压值,增加辐射板厚度H可有效增加辐射板出现活塞振型的频率值;凹球面辐射板出现活塞振型时振幅最大,对应谐振腔中声压幅值最高。以上分析结果为合理设计辐射板结构提供了参考。     

加筋位置对铝型材板振动声辐射特性的影响分析

以高速列车的内部带三角形空腔的四边固支铝型材外地板为研究对象,采用有限元方法对其进行结构振动特性和声辐射特性研究。重点探究了结构在20 Hz~800 Hz的中低频区域内,不同加筋位置对板结构振动声辐射特性和隔声量的影响。研究结果表明:在中低频范围内,铝型材板加筋后,其辐射声压和声功率能得到很好的抑制效果,在下底板加筋时的抑制效果最为明显,其声学性能最;加筋对铝型材板结构隔声量的影响不明显。     

利用声场重构预估声源辐射声功率

针对中低频声辐射,提出了基于声辐射模态、利用声场重构进行声功率预估的方法.通过声场重构获得声源辐射的整个声压场,基于远场径向积分来计算声功率,推导出了辐射声功率计算公式.以平板声源为例进行仿真验证,讨论影响预估精度的一些因素,分析声场重构法预估声功率的稳定性,并与工程测量法进行对比分析.结果表明,由于声场重构法基于近场测量,能够获得远场足够多的信息,在测点不多的情况下可以达到更高的预估精度,并且具有很好的稳定性.     

低频桨-轴-壳体耦合振动声辐射机理研究

为揭示低频桨-轴-壳体水下结构耦合振动声辐射机理,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,从螺旋桨、推进轴系以及壳体结构传递特性出发,分析了各结构低频段模态频率与桨-轴-壳体耦合结构响应频率之间的相关关系,由此提出了桨-轴-壳体结构纵向和横向耦合振动声辐射峰值对应的优势模态。研究表明:螺旋桨桨叶对桨-轴系统的振动影响比较大,尤其是螺旋桨的全桨叶同向伞型弯曲振动对桨-轴-壳体的纵向振动声辐射贡献明显;桨-轴-壳体耦合系统的纵向声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体一阶纵向振动、桨-轴系统一阶纵向振动、壳体二阶纵向振动和螺旋桨全桨叶同向伞型弯曲振动,横向振动声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体弯曲振动及桨-轴系统弯曲振动;低频段螺旋桨纵向单位力引起的声辐射明显大于横向力作用下的声辐射。     

基于声辐射模态确定声功率

利用声辐射模态方法研究了声辐射问题．以声辐射模态表示振动表面的多极子辐射,构成一组基函数,采用声辐射模态展开振动表面辐射的声场信息．在声场中,选择包围振动表面的封闭表面,振动表面辐射的声功率为声强在该封闭表面上的积分．基于声辐射模态和声场分布模态,推导了计算任意形状振动表面辐射声功率的计算公式,丰富了声辐射问题中的模态分析内容．针对平板辐射,数值计算结果令人满意．     

通过声辐射模态研究结构噪声的有源控制

以简支矩形板为例 ,通过声辐射模态控制结构噪声 ,并分析了声辐射模态的数学和物理意义 研究发现在中、低频时 ,辐射模态对应的辐射效率随着模态阶数的增加而迅速降低 本文以点力作动器作为控制力源 ,以声功率最小化为控制策略进行主动控制 并且进行了数值计算研究     

敷设阻尼层的有限长加筋板声振性能研究

以有限长加筋板和敷设阻尼加筋板为对象,通过模型试验分析了单频激励和白噪声激励下的加筋板在空气中、水中的振动和声辐射,针对计算模型开展相应的数值分析.结果表明：加筋板敷设阻尼层后,结构的振速级峰值左移.阻尼层在整个频带体现出较好的抑振降噪效果,但在低频区降噪效果不明显,甚至在局部频点出现失效区.在同等激励条件下,其辐射声压级普遍降低.数值分析进一步验证阻尼层对抑制振动与声辐射非常有效.     

基于Mindlin理论新型阶梯环型变幅器弯曲振动特性研究

阶梯型辐射体具有辐射面积大、辐射效率高等优点,在大功率超声领域被广泛应用。在高频大功率声辐射条件下,薄盘的机械强度明显不足;因此应考虑用厚板。从声学工程力学应用角度研究,基于Mindlin理论推导了新型阶梯环形变幅器自由边界条件下的弯曲振动频率方程;并对频率方程进行数值求解和有限元模拟及实验测试;同时还研究了各结构参数及材料对变幅器频率的影响。结果表明,自由边界条件下,有限元模拟结果与厚板理论计算结果都比较接近实验测试结果,误差较小。当其他参数一定时,在厚板范围内,前三阶频率随圆盘基底厚度、圆盘厚度的增加而增加;随内半径和外径的增加减小;随阶梯半径的增大而增大。所取材料的前三阶有限元模拟频率与厚板理论计算结果误差较小,其中45号钢频率最大,而铜频率最小,铝频率居中,研究结论对大功率阶梯型辐射体及辐射器的设计和应用提供理论参考和频率调试依据。     

高速列车车内“声振”特性试验

为分析高速列车车内低频噪声主要来源,利用振动声辐射理论研究了车内声场特性与内饰板振动的关系.实验室半实物试验结果表明,内饰板振动和车内声场耦合响应特性在空气声和结构声传播过程中具有普遍适用性.应用该方法对某高速列车不同速度级、明线和隧道运行条件下的车内噪声特性进行分析.结果表明,列车运行速度越高,内饰板低频振动幅值增加越显著,这导致车内低频噪声的峰值更加突出.对于350km·h~(-1)速度工况,明线工况的低频噪声峰值主要来源于地板结构声辐射,而隧道环境下的噪声增加主要来源于侧墙和车顶结构的声辐射,并对各面板贡献度进行了定量化计算.最后,用工况噪声传递路径分析(OTPA)方法开展了噪声源贡献度定量化计算,结果表明,气动噪声所占比重最大,但振动激励的总和达60%,尤其是160Hz的峰值频率处,风机振动激励的贡献度最大.     

弯曲振动薄圆盘的最佳尺寸设计

弯曲振动圆盘在空气强功率超声领域方面应用广泛.对于给定的工作频率,弯曲振动薄圆盘的半径和厚度的选择存有多种,哪一种才是辐射效率最高的设计方案呢？作者从弯曲振动薄圆盘的振动特性出发,推导了弯曲振动圆盘在自由、固定和简支边界条件下模态声辐射效率的表达式.利用高斯数值积分,计算了前四阶振动模态下弯振圆盘的模态声辐射效率,得到了圆盘在给定激励频率下某一固定模态振动时的最大声辐射效率及圆盘在此状态时的尺寸,这个尺寸就是最佳设计尺寸,为弯曲振动辐射薄圆盘和阶梯圆盘的设计提供了参考.     

基于远场方法的结构声辐射模态研究

以平板为例，采用瑞利积分构造辐射算子，研究了通过远场方法获得的声辐射模态及其物理意义，给出声辐射模态的辐射效率，并进一步讨论了其与近场方法的声辐射模态之间的关系，明确了声辐射模态为辐射体的固有性质，可通过不同方法获得．在此基础上，运用远场方法的声辐射模态进行声功率的计算，对声功率表达式进行了截断并作进一步改进，这样仅用特征频率的前L阶声辐射模态就能计算不同频率的总声功率，使得计算和控制声功率得以简化．     

车辆驾驶室减振降噪分析与结构设计

利用薄板理论建立了汽车驾驶室壁板的微分振动方程。对驾驶室进行了试验模态分析,得出固有频率和基本振型变化。发现顶板和后壁板振动最大,采用辛几何法计算出了驾驶室顶板和后壁板的固有频率,其值与试验值基本一致,对驾驶室后壁板和顶板分别采用敷贴阻尼材料和加筋板的降噪方法,利用声辐射理论,对改进后的驾驶室降噪效果进行了数值模拟,结果表明,壁板固有频率处的辐射功率和辐射声压级最大,与理论分析相符,并且改进后的驾驶室内部噪声明显降低。     

薄板在不同媒质中振动及声辐射特性研究

根据薄板结构的形状特点,采用8个节点等参单元离散结构,对其周围的媒质采用20节点三维等参单元离散结构,建立薄板流固耦合系统模型及其声辐射模型.通过理论计算可知:在不同媒质(大气、煤油、水)中,媒质的密度越大,薄板结构的第一阶频率越小;薄板的各阶振型不受媒质密度影响,薄板各阶振型影响其声辐射效率;薄板的频率特性变化,薄板结构的声辐射特性也发生变化;薄板的厚度增加会降低结构振动基频.空气中薄板结构模态测试结果与考虑薄板周围媒质的影响薄板模态计算值一致.     

电动汽车两挡自动变速器噪声分析与优化

基于某款电动汽车两挡自动变速器,以齿面载荷分布和齿轮传递误差为优化目标,对比分析齿轮微观修形对电动汽车两挡自动变速器振动噪声的影响.建立电机转子-变速器刚柔耦合动力学模型,以变速器轴承处的振动加速度为激励,计算变速器在额定工况下的近声场辐射噪声云图和辐射声功率.结果表明,齿轮修形后变速器辐射噪声得到较好抑制,对指导变速器的优化和降低变速器的振动具有参考意义.